淺談奔馳OM441發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)缸套空氣穴蝕故障分析及預(yù)防

李斌

摘 要：文章以奔馳OM441柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸筒空氣穴蝕實(shí)例論述了的該類故障現(xiàn)象，同時(shí)分析造成柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸套穴蝕損壞的機(jī)理及成因預(yù)防措施，以及對(duì)此類故障的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：缸筒；穴蝕；故障分析

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)缸套穴蝕因其安裝位置在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體內(nèi)，日常的檢查手段不能有效及時(shí)發(fā)現(xiàn)其問題。但等發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，可能已造成了嚴(yán)重?fù)p失，因此分析其成因、科學(xué)的使用和維護(hù)是解決此類問題的關(guān)鍵。

1 故障現(xiàn)象和排除故障過程

一型奔馳卡車發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為OM441，發(fā)動(dòng)機(jī)排列形式為V型，發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)6缸，缸套為濕式缸套。在例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)水箱缺少冷卻液，但發(fā)動(dòng)機(jī)外部無滲漏，于是停機(jī)檢查，檢查該車?yán)鋮s系統(tǒng)及有關(guān)管路，無滲漏點(diǎn)，同時(shí)機(jī)油未見異常。但在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)1、3、5缸的排氣管中后部伸縮節(jié)下有類似黑色液體滲出，滲漏液體蒸發(fā)后，判定滲液為水分及少量積碳，說明有異常數(shù)量水分在排氣管內(nèi)，結(jié)合冷卻液非正常減少，于是初步判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)缸床墊沖壞，缸筒進(jìn)水。于是對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)1、2、3缸缸床墊進(jìn)行更換，檢查更換下來缸床墊，未見水道密封有明顯損壞，安裝維修調(diào)試發(fā)動(dòng)機(jī)，但隨后觀察中發(fā)現(xiàn)故障依舊，而且水箱中發(fā)現(xiàn)有白色油狀乳化物及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。于是立即停機(jī)，對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分解檢查，通過分解下來零部件，明顯可看出發(fā)動(dòng)機(jī)1-3缸套明顯被穴蝕（見圖），且穴蝕下位置基本位于缸套中下。其中2，3缸缸套穴蝕蝕嚴(yán)重，其中二缸穴蝕深度可測(cè)量部位最深度能達(dá)到7mm以上。而缸筒壁厚約8毫米左右。

2 穴蝕的產(chǎn)生的機(jī)理

通常認(rèn)為，穴蝕是震動(dòng)表面上氣泡爆裂而產(chǎn)生的一種 潤現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中由于敲擊缸筒壁面生產(chǎn)振動(dòng)，在缸套表面形成低壓區(qū)使冷卻液蒸發(fā)而產(chǎn)生氣泡；當(dāng)氣缸壁向冷卻液靠貼時(shí)，缸壁表面上的壓力顯著增加，引起氣泡爆裂。當(dāng)氣泡在震動(dòng)中因不斷地受到擠壓而頻繁快速地破裂，形成了較大的沖擊波，在金屬表面局部區(qū)域產(chǎn)生極大的壓力，使金屬產(chǎn)生疲勞而逐漸脫落。這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行，使從氣缸套金屬外壁一粒一粒地剝落下來，在相對(duì)固定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)麻點(diǎn)或針孔狀，嚴(yán)重時(shí)表現(xiàn)為蜂窩狀空穴群（見圖二缸穴蝕），集中時(shí)類似海綿狀。

3 缸套穴蝕的危害

（1）導(dǎo)致冷卻液不足，嚴(yán)重不足時(shí)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻導(dǎo)致，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度過高。（2）少量水分入機(jī)油導(dǎo)致乳化，機(jī)油性能下降，造成抱瓦，曲軸可能需要更換，包括連桿瓦及曲軸軸瓦。（3）當(dāng)水進(jìn)入缸筒較多時(shí)，由于水的不可壓縮性，活塞運(yùn)動(dòng)行程將會(huì)變短從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)連桿彎曲或斷裂，極端條件下會(huì)造成斷裂連桿飛出擊穿缸體，導(dǎo)致缸體損壞的。（4）存在機(jī)油進(jìn)入冷卻液污染冷卻液的危害。實(shí)例中的缸套，雖然侵蝕點(diǎn)還未銹透，但侵蝕點(diǎn)除冷卻水的壓力和水分自身 潤性，以及活塞下行產(chǎn)生的吸力，導(dǎo)致少量水分進(jìn)入氣缸內(nèi)，同時(shí)活塞上行時(shí)，缸筒壁上油膜內(nèi)的機(jī)油及水份，可能壓入水道中，這也就是水箱內(nèi)為什么存在機(jī)油成分。

4 缸套穴蝕的主要原因

由于產(chǎn)生穴蝕的機(jī)理很復(fù)雜，但缸套穴蝕是主要有物理因素：振動(dòng)引起的穴泡穴蝕；化學(xué)因素：冷卻液化學(xué)成分引起的電化學(xué)腐蝕；其他因素：使用因素；綜合作用而引起形成。

4.1 物理因素：發(fā)動(dòng)機(jī)的高頻振動(dòng)

通過穴蝕形成的機(jī)理，發(fā)動(dòng)機(jī)高頻振動(dòng)是缸套穴蝕的主要原因，加之氣缸套與活塞的間隙及缸筒自身的物理缺陷，進(jìn)一步強(qiáng)化了這種振動(dòng)。柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，活塞燃燒壓力及慣性驅(qū)動(dòng)從缸套內(nèi)上、下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，過程中產(chǎn)生了活塞向缸壁的側(cè)向壓力，導(dǎo)致由于活塞側(cè)傾擺動(dòng)撞擊氣缸套壁，就會(huì)引起氣缸套壁振動(dòng)和變形。進(jìn)而產(chǎn)生穴蝕，且多發(fā)于發(fā)動(dòng)機(jī)缸套中下、下部。

4.2 化學(xué)因素：電化學(xué)腐蝕

冷卻液選擇不當(dāng)，對(duì)金屬的腐蝕作用，及經(jīng)常更換冷卻水因冷卻水中含有大量的空氣而加快穴蝕破壞。氣缸套的外壁受到電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是由于缸套與缸體材料合金組織的差異而引起局部電解現(xiàn)象，電化學(xué)腐蝕后仍存留氧化鐵、碳化鐵等多相氧化層，腐蝕后的氣缸套壁面多呈蜂窩形狀。通過查閱該車使用檔案，該車使用過去質(zhì)量不高的防凍液及夏季有時(shí)補(bǔ)水使用自來水，一步增加了電化學(xué)腐蝕。

4.3 其他因素：使用因素

發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中，冷卻液溫度經(jīng)常處于低溫狀態(tài)下，不僅增加缸套的電化學(xué)腐蝕，同時(shí)使活塞與缸套間隙增大，活塞敲擊和增加缸套振動(dòng)。該車由于屬于內(nèi)場(chǎng)特種車輛，短途頻繁啟動(dòng)，運(yùn)行速度慢，負(fù)荷小，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度不高，可能增加穴蝕因素。此外發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高使慣性力增加，并增加了在單位工作時(shí)間內(nèi)活塞撞擊缸壁的次數(shù)，所以增加了穴蝕破壞。

5 防范措施

由于穴蝕的機(jī)理非常復(fù)雜，因此需要從生產(chǎn)制造、正確使用、科學(xué)維護(hù)三個(gè)方面進(jìn)行預(yù)防。

5.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)的預(yù)防

減振是防止穴蝕的主要手段，因此在設(shè)計(jì)加工中，盡可能減少活塞和缸筒間隙，提高活塞的加工精度，提高缸套的剛度，缸套與缸體的配合尺寸合理。選擇適合的材料加工相關(guān)部件，以及通過特殊工藝處理增加缸套外表的抗腐蝕性。

5.2 采用正確的操作方式

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)應(yīng)保持冷卻液的溫度處于80-90度之間。同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程粗暴，單位曲軸轉(zhuǎn)角爆發(fā)壓力升高率增加，都容易產(chǎn)生穴蝕，因此要避免急速提升轉(zhuǎn)速，正常使用車輛。

5.3 科學(xué)維護(hù)

正確選擇合適的長效防凍液，嚴(yán)禁使用自來水替代冷卻液，在使用過程按標(biāo)準(zhǔn)及時(shí)更換添加，同時(shí)避免冷卻系統(tǒng)進(jìn)入空氣和雜質(zhì)。

6 結(jié)束語

通過以上分析，說明車輛發(fā)動(dòng)機(jī)缸套穴蝕故障排除時(shí)，要注意觀察，仔細(xì)分析，才能準(zhǔn)確的排除故障。同時(shí)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)從制造裝配、使用、維護(hù)各環(huán)節(jié)，充分考慮防止穴蝕產(chǎn)生因素，正確的設(shè)計(jì)制造，科學(xué)的使用維護(hù)，才能更好的預(yù)防穴蝕的產(chǎn)生。

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